Основи радіаційної фізики, дозиметрії і радіометрії

Спін ядра дорівнює векторній сумі спінів нуклонів. Оскільки спіни нуклонів дорівнюють ½, то згідно з законами квантової механіки спіни двох нуклонів можуть складатись лише паралельно (результуючий спін дорівнює 1), або антипаралельно (результуючий спін дорівнює 0). Тому спіни ядра можуть бути або цілими або напівцілими. Спіни ядра не перевищують декілька одиниць. Це говорить про те, що спіни більшості нуклонів взаємно компенсують один одного. У всіх парно-парних ядер (в ядер з парними числами протонів і нейтронів) спін дорівнює нулю.

Експериментально встановлено, що об’єм ядра пропорціональний кількості нуклонів. Якщо ядро вважати кулею, то радіус цієї кулі знаходиться з емпіричної формули:

 ,                                       (2.2)

де Ф- фермі – одиниця вимірювання довжини в ядерній фізиці (1Ф=10-13см).

Характеристикою ядра є також так званий ядерний час  . Це час, за який нуклон з енергією 1 Мев пролітає вздовж діаметра ядра. Практичне значення цієї характеристики полягає в тому, що перебудова ядра відбувається за проміжок часу такого порядку.

Ядро характеризується також певною парністю. Парність є величина, яка характеризує властивості симетрії системи по відношенню до дзеркальних відбивань. Якщо при зміні знаку всіх координат, що характеризують положення частинок ядра, хвильова функція системи не змінюється, то такий стан називається парним і йому приписується парність  . Якщо ж при дзеркальному відбиванні всіх координат хвильова функція системи нуклонів змінює знак, то стан називається непарним, і йому приписується парність  .

Кожна мікрочастинка з ненульовою масою спокою має невід’ємну характеристику, яка називається внутрішньою парністю. Внутрішня парність П являється числом , рівним або +1, або –1. Якщо  , то частинка називається парною, а при   – непарною. Внутрішні парності протона, нейтрона і електрона дорівнюють +1.

При визначенні парності справедливі наступні правила:

a) парність частинки з орбітальним моментом l і внутрішньою парністю П дорівнює П(-1)l;

b) внутрішня парність складної системи, що складається з двох півсистем з внутрішніми парностями  П1 і П2 і відносним орбітальним моментом l дорівнює  . При цьому внутрішньою парністю системи називають її парність в стані з нульовим сумарним імпульсом.

Важливість поняття парності обумовлена законом збереження парності, згідно з яким система, що має певну дзеркальну симетрію (парність) в початковому стані, зберігає цю симетрію і в послідуючі моменти часу. Цей закон справедливий як для електромагнітної так і ядерної взаємодій. Порушення закону збереження парності спостерігається при слабкій взаємодії (відповідальній за бета –розпад).

 

 

Ядро – дуже стабільне утворення . Щоб розділити ядро на складові частинки – протони і нейтрони – необхідно затратити значну енергію (порядку десятків і сотень Мев). Ця енергія називається енергією зв’язку ядра. Звідси видно, що енергія ядра менша енергії системи окремо взятих нуклонів, які знаходяться на віддалях, при яких ядерні сили практично не виникають. Енергія зв’язку ядра

 ,                                   (2.3)

де Ес – енергія системи окремо взятих протонів і нейтронів, Ея – енергія ядра.

 ,              (2.4)

де mр – маса протона, mn – маса нейтрона,

 ,                                            (2.5)

З (3) – (5) отримаємо

 ,                                         (2.6)

де                                              (2.7)

і називається дефектом маси ядра. Якщо дефект маси виражений в а.о.м., а енергія зв’язкув в МеВ, то формула (6) буде мати вигляд:

 .                                  (2.8)

Характерною є енергія зв’язку, що припадає на 1 нуклон  Езв/А, яка називається питомою енергією зв’язку. Питома енергія зв’язку слабо залежить від числа нуклонів в ядрі. Для стабільних ядер ця залежність в середньому має вигляд, представлений на рис.2.1. Максимум залежності Езв/А від А припадає на середину таблиці Менделєєва (в області заліза) і складає 8,8МеВ/нукл. При збільшенні числа 

нуклонів питома енергія зв’язку слабо зменшується. Якщо відкинути самі легкі ядра, то середня питома енергія зв’язку постійна і складає 8 МеВ/нукл.

Характер залежності питомої енергії зв’язку від кількості нуклонів в ядрі робить можливими два види ядерних реакцій, при яких відбу-вається виділення внутрішньоядер-ної енергії: реакції синтезу легких ядер і реакції поділу важких ядер. При обох видах реакцій відбувається збільшення питомої енергії зв’язку, 

що приводить до виділення надлишкової